In this study, the mechanical properties of vulcanized rubber were evaluated through compounding by controlling filler content to improve the mechanical properties of NBR rubber. Aramid and glass fibers with excellent heat resistance were used as fillers, and ceramics were additionally used in anticipation of a complementary effect, and as for the ceramic materials, needle-shaped and plate-shaped ceramics were used. Each filler was used in an amount of 5.0, 10.0, 15.0, and 20.0 phr in order to investigate the basic properties according to the amount of filler. To confirm the complementary effect through ceramic application, each 10.0 phr fiber and ceramic were mixed with 1:1 ratio to evaluate mechanical properties. As a result, it was confirmed that the decreasing ratio of tensile strength after heat aging was small in the order of aramid fiber, acicular ceramic, glass fiber, and plate ceramic in the case of applying the filler alone. In addition, the mechanical characteristics of vulcanized rubber using composite filler based on fibers and ceramics were evaluated, and it was confirmed that the composite filler had a complementary effect on thermal aging.
An analytical method capable of predicting various stress-strain responses in axially loaded concrete confined with FRP (fiber reinforced polymers) composites in a rational manner is presented. Its underlying idea is that the volumetric expansion due to progressive microcracking in mechanically loaded concrete is an important measure of the extent of damage in the material microstructure, and can be utilized to estimate the load-carrying capacity of concrete by considering the corresponding accumulated damage. Following from this, an elastic modulus expressed as a function of area strain and concrete porosity, the energy-balance equation relating the dilating concrete to the confining device interactively, the varying confining pressure, and an incremental calculation algorithm are included in the solution procedure. The proposed method enables the evaluation of lateral strains consecutively according to the related mechanical model and the energy-balance equation, rather than using an empirically derived equation for Poisson's ratio or dilation rate as in other analytical methods. Several existing analytical methods that can predict the overall response were also examined and discussed, particularly focusing on the way of considering the volumetric expansion. The results predicted by the proposed and Samaan's bilinear equation models correlated with observed results with a reasonable degree, however it can be judged that the latter is not capable of predicting the response of lateral strains correctly due to incorporating the initial Poisson's ratio and the final converged dilation rate only. Further, the proposed method seems to have greater benefits in other applications by the use of the fundamental principles of mechanics.
Recently a new generation of crown and bridge veneering resins containing submicron glass fillers was introduced. These ultrasmall particle hybrid composite materials distinguish themselves, compared with conventional microfill crown and bridge resins, through improved mechanical properties. It is claimed that these composites are suitable for metal free crowns and even bridges using fiber reinforcement. The purpose of this study was to evaluate the effect of thermal cycling on the tensile strength of the following veneering composites: Artglass(Heraeus Kulzer Co., Wehrheim, Germany), Estonia(Kuraray Co.. Japan), Sculpture(Jeneric Pentron Co., Wallingford, U.S.A.), and Targis(Ivoclar Co., Schaan Liechenstein). According to manufacturer's instructions, rectangular tensile test specimens measuring $1.5{\times}2.0{\times}4.5mm$ were made using a teflon mold. Whole specimens were divided into two groups. One group was dried in a desiccator at $25^{\circ}C$ for 10 days, and another group was subjected to thermal cycling($10,000{\times}$) in water($5/55^{\circ}C$). All test specimens were placed in a universal testing machine and loaded until fracture with a crosshead speed of 0.5mm/min. Weibull analysis and Tukey's test were used to analyze the data. The fracture surfaces of specimens were observed in SEM and the aliphatic C=C absorbance peak of Estenia and Targis resin was analyzed using Fourier transform infrared(FTIR) spectroscopy. Within the limitations imposed in this study, the following conclusions can be drawn: 1. Both in drying condition and thermal cycling condition, the highest tensile strength was observed in Estenia testing group(p<0.05). 2. The strength data were at to single-mode Weibull distribution, and the Weibull modulus of all veneering composite resin specimens increased after thermal cycling treatment. 3. After thermal cycling test, the highest tensile strength was observed in the Estenia group, and the lowest value was observed in the Targis group. The tensile strength values showed the significant differences between each group(p<0.05) 4. The aliphatic C=C absorbance peak of Estonia and Targis resin was decreased after light curing, and there was no distinct change after thermal cycling.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.178-184
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2017
This study was aimed to investigate the tensile behaviors of PE(Polyethylene) fiber-reinforced highly ductile cementitious composites with different combinations of micro silica sand and normal sand(river sand) with maximum particle size of 4.75 mm. Flow test result indicated the increase of flowability with higher replacement ratio of river sand. There was no noticeable difference in the mean compressive strength with different replacement ratio of river sand, but the variation in the compressive strength increased as higher amount of river sand was adopted for the replacement. The difference in the uniaxial tensile strength was negligible, but the tensile strain capacity was significantly influenced by the replacement ratio of river sand. It is thought that increased density of multiple cracks induced improved tensile strain capacity when higher percentage of river sand was adopted for fine aggregate. The deviation in the strain capacity increased as the replacement ratio of river sand was higher, as in the compressive strength. This study presented the feasibility of using normal sand instead of micro silica sand for highly ductile cementitious composites with equivalent or better uniaxial tensile performance, even though it might increase the deviation in the performance.
Kim, Daehoon;Eom, Jaewon;Ko, Youngjong;Lee, Kang-Il
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.17
no.4
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pp.169-177
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2018
Glass fiber reinforced polyester (GFRP) composites are widely used as structural materials in harsh environment such as underground pipes, tanks and boat hulls, which requires long-term water resistance. Especially, these materials might be damaged due to delamination between gelcoat and composites through an osmotic process when they are immersed in water. In this study, GFRP laminates were prepared by surface treatment of UPE (unsaturated polyester) gelcoat by vacuum infusion process to improve the durability of composite materials used in underground pipes. The composite surface coated with gelcoat was examined for surface defects, cracking, and hardness change characteristics in water-immersion environments (different temperatures of $60^{\circ}C$, $75^{\circ}C$, and $85^{\circ}C$). The penetration depth of cracks was investigated by micro CT imaging according to water immersion temperature. It was confirmed that cracks developed into the composites material at $75^{\circ}C$ and $85^{\circ}C$ causing loss of durability of the materials. The point at which the initial crack initiated was defined as the failure time and the life expectancy at $23^{\circ}C$ was measured using the Arrhenius equation. The results from this study is expected to be applied to reliability evaluation of various industrial fields where gelcoat is applied such as civil engineering, construction, and marine industry.
Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.
Unsaturated Polyester Resin (UPR) is in general used as a resin to prepare for composite materials with reinforcing materials such as glass fibers. UPR, a thermosetting resin, is used in industry to prepare for sheet molding compound (SMC) molding prepreg that has excellent productivity and is advantageous for mass production among various molding methods of composite materials. The fiber-reinforced composite material using UPR as a matrix material is light and has the advantage of excellent physical properties, but it is weak against impact and is fragile. Four types of polyurethane were synthesized and added to UPR resin to overcome the shortcomings.
The carbonization behaviors of CFRP fabricated with 2D-woven fabric and matrix phenolic resin have been studied. The changes in dimension were observed in the temperature range of 365-37$0^{\circ}C$ in the thickness direction, 118-12$0^{\circ}C$ in the normal direction each other by TMA analysis. Observation with the optical microscope shows that the formed cracks and pores during the fabrication of CFRP were propagated with the increase of pyrolysis temperaure. New cracks and pores were formed in the pyrolysis temperature range of 400-50$0^{\circ}C$ In line with the formation and propagation of cracks, porosity was increased and density was decreased rapidly in the pyrolysis temperature range of from 40$0^{\circ}C$ to 70$0^{\circ}C$. Therefore heating rate in the carbonization process need to be controlled carefully by intervals.
Seo, Hyoung-Seock;Jang, Ho-Yun;Lee, In-Won;Choi, Heung-Soap
Composites Research
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v.28
no.1
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pp.15-21
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2015
The purpose of this paper is to investigate the current trends of composite applications in the marine and leisure fields and to study the development of 33ft class America's cup training CFRP sailing yacht. In the field of marine and leisure, composite materials have been just used to marine and leisure structures, recently. Especially, since the America's cup of sailing yacht racing has required the light weight and high mechanical performance to make a high speed, CFRP have been recognized as the critical material to construct the racing yacht structures. To establish the process of CFRP racing yacht construction, the design optimizations and production methods of carbon mast and CFRP yacht hull were discussed in this paper. Finally, the constructed CFRP sailing yacht exhibited high performance as the racing yacht through the sailing test.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.6
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pp.88-95
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2020
Currently, Fiber-Reinforced Plastic (FRP) composite materials are used in many industrial fields, owing to their superior stiffness and specific strength compared to metals. However, there are issues with FRP inefficiency, due to low productivity of such materials, environmental problems they pose and long curing times needed. Trying to address these issues, research was conducted towards the development of a FRP composite material with excellent properties and short production time, introducing a curing method using a UV lamp. Four types of composite materials were prepared, cured with catalyst or UV (CZ: Catalyst + ZNT 6345, CR: Catalyst + RF 1001 MV, UVZ: Photoinitiator + ZNT 6345, and UVR: Photoinitiator + RF 1001 MV). Examination of the chemical and mechanical properties of these composites showed that UV-cured materials performed better than the catalyst-cured ones. These results indicate that the production process of FRP composite materials can be simplified by using a UV lamp for curing, resulting in composite materials with the same quality, but reduced production time by about 70% compared to currently used practices. This advancement will contribute greatly to the composite material industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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